СТОКС-КАЛИБРАТОР Советский патент 1996 года по МПК G01J4/04 

Изобретение относится к автоматическим оптоэлектронным приборам, предназначенным для настройки быстродействующих поляриметрических устройств, измеряющих параметры Стокса.

Известен универсальный поляризованный осветитель, состоящий из эталонного источника света лампы накаливания типа К-30, деполяризатора в виде стопы плоскопараллельных стеклянных пластинок, сменных интерференционных фильтров, двух поляроидов помещенных в оправу с градусной шкалой, между которыми установлен ахроматический компенсатор ромб Френеля, и рассеивающей линзы, создающей расхождение выходящего светового пучка на угол, необходимый для облучения всей поверхности исследуемого объекта.

Осветитель предназначен для получения световых пучков постоянной интенсивности с разными формами поляризации, он обладает малым быстродействием и не дает возможности автоматизировать калибровку поляриметров.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является Стокс-калибратор, содержащий эталонный источник излучения и преобразователь состояния поляризации.

Недостатками данного устройства являются низкое быстродействие и невозможность автоматического управления параметрами Стокса выходящего из преобразователя излучения.

Целью изобретения является повышение быстродействия и автоматическое управление изменением параметров Стокса выходящего из преобразователя излучения.

Цель достигается благодаря тому, что в Стокс-калибраторе, содержащем эталонный источник излучения и преобразователь состояния поляризации, в качестве эталонного узкополосного источника излучения установлен газовый лазер с отрицательной обратной связью, преобразователь состояния поляризации выполнен в виде последовательно расположенных по ходу излучения первой электрооптической ячейки Поккельса, призмы Глана-Томпсона, модулятора Фарадея и второй электрооптической ячейки Поккельса. Азимуты наведенных осей ячеек расположены под углом 45^о друг к другу, азимут оси первой ячейки расположен под углом 45^о к плоскости главного пропускания призмы Глана-Томпсона, а азимут оси второй ячейки параллелен плоскости преимущественной поляризации излучения газового лазера.

Стокс-калибратор состоит из газового лазера 1, за которым последовательно установлены первая ячейка Поккельса 2, призма Глана-Томпсона 3, модулятор Фарадея 4 с намагничивающей катушкой 5 и вторая ячейка Поккельса 6. Первая ячейка Поккельса управляется генератором напряжения 7, модулятор генератором тока 8, а вторая ячейка Поккельса генератором напряжения 9. Азимуты ячеек расположены под углом 45^о друг к другу. Азимут оси первой ячейки, установленный перед призмой Глана-Томпсона, составляет угол +45^о с плоскостью ее главного пропускания. Азимут оси второй ячейки параллелен плоскости преимущественной поляризации излучения газового лазера.

Оптический эффект преобразования вектора Стокса, характеризующего излучение газового лазера на выходе стокс-калибратора находится в результате перемножения матриц Мюллера, описывающих свойства оптических элементов, через которые проходит излучение.

При этом
S [M₄] · [M₃] · [M₂] · [M₁] · S₀ (1) где S_o вектор Стокса, характеризующий излучение газового лазера;
S вектор Стокса, характеризующий световой пучок, выходящий из калибратора;
[M₁] и [M₄] матрицы, описывающие свойства соответствующих ячеек Поккельса;
[M₂] и [M₃] матрицы, описывающие свойства поляризационной призмы Глана-Томпсона и модулятора Фарадея.

В результате перемножения матриц
S τ I sin² • τsin²
(2) где τ светопропускание оптических элементов стокс-калибратора;
δ- разность фаз, зависящая от напряжения приложенного к первой ячейке Поккельса;
θ- угол поворота плоскости поляризации в модуляторе Фарадея;
Δ- разность фаз, зависящая от напряжения приложенного ко второму электрооптическому кристаллу;
I, Q, U и V четыре параметра Стокса.

Из выражения (2) видно, что интенсивность света, излучаемого газовым лазером на выходе калибратора, регулируется с помощью оптического затвора, состоящего из ячейки Поккельса и призмы Глана-Томпсона с азимутом пропускания 45^о и определяется разностью фаз δ Нулевому состоянию стокс-калибратора соответствует разность фаз δ 0.

Работает стокс-калибратор следующим образом. Изменяя напряжение, приложенное к первому электрооптическому кристаллу 2, от генератора 7, можно отрегулировать интенсивность излучения газового лазера 1, прошедшего через призму Глана-Томпсона 3, так, чтобы она соответствовала нормированному вектору Стокса S.

При совместном изменении тока в намагничивающей катушке 5 модулятора Фарадея 4, напряжения на второй электрооптической ячейке Поккельса 6 от соответствующих генераторов тока 8 и напряжения 9 можно управлять величиной любого нормированного параметра Стокса в пределах от -1 до +1.

С помощью предлагаемого стокс-калибратора при сопряжении его генераторов 7, 8 и 9 с электронно-вычислительным устройством можно осуществить программируемый процесс настройки быстродействующих поляриметров с вариациями параметров Стокса по заранее задаваемому закону.

Стокс-калибратор может найти применение в различных областях поляриметрии, эллипсометрии, оптического приборостроения и научных исследований.

СТОКС-КАЛИБРАТОР, содержащий эталонный источник излучения и преобразователь состояния поляризации, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и автоматического управления изменением параметров Стокса выходящего из преобразователя излучения, в качестве эталонного узкополосного источника излучения в нем использован газовый лазер с отрицательной обратной связью, преобразователь состояния поляризации выполнен в виде последовательно расположенных по ходу излучения первой электрооптической ячейки Поккельса призмы Глана - Томпсона, модулятора Фарадея и второй электрооптической ячейки Поккельса, причем азимуты наведенных осей ячеек расположены под углом 45^o друг к другу, азимут оси первой ячейки расположен под углом 45^o к плоскости главного пропускания призмы Глана - Томпсона, а азимут оси второй ячейки параллелен плоскости преимущественной поляризации излучения газового лазера.

СТОКС-КАЛИБРАТОР, содержащий эталонный источник излучения и преобразователь состояния поляризации, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и автоматического управления изменением параметров Стокса выходящего из преобразователя излучения, в качестве эталонного узкополосного источника излучения в нем использован лазер с отрицательной обратной связью, преобразователь состояния поляризации выполнен в виде последовательно расположенных по ходу излучения первой электрооптической ячейки Поккельса призмы Глана Томпсона, модулятора Фарадея и второй электрооптической ячейки Поккельса, причем азимуты наведенных осей ячеек расположены под углом 45^o друг к другу, азимут оси первой ячейки расположен под углом 45^o к плоскости главного пропускания призмы Глана - Томпсона, а азимут оси второй ячейки параллелен плоскости преимущественной поляризации излучения газового лазера.